JP2008072136A - Method for manufacturing semiconductor radiation detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、医療用放射線診断装置、工業用X線検査装置、理学用X線解析装置等に用いられる半導体放射線検出器の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor radiation detector used in medical radiation diagnostic apparatuses, industrial X-ray inspection apparatuses, scientific X-ray analysis apparatuses, and the like.
従来、この種の半導体放射線検出器としては、放射線検出用材料として優れたテルル化カドミウム(以下、CdTeと記す)あるいはテルル化亜鉛カドミウム(以下、CdZnTeと記す)の高抵抗バルク結晶が用いられている。このCdTeの高抵抗バルク結晶については、均質かつ良好な電気特性を有する大面積の結晶が得られ難いため、通常は、小体積例えば1×1×1mm3程度の単一素子、もしくはこれらを数10個並べた小規模アレイ型の放射線検出器が実用化されている。しかし、このようなバルク結晶を用いても、人体の胸部全体をカバーできるような大面積の放射線検出器を実現することは技術的に問題があると共に、非常に高価になっていた。また、従来のCdTeの高抵抗バルク結晶による放射線検出器の場合、結晶の表裏面に導電性電極あるいはショットキー電極を形成し、これ電極間に数100〜1000vの高電圧を加え、CdTe結晶中に放射線によって発生したキャリアを電界によって引出して電気信号として検出している。そのため、この種のCdTeの高抵抗バルク結晶を用いた放射線検出器では、素子の抵抗以外に検出特性を改良できる余地は少ない。 Conventionally, as this type of semiconductor radiation detector, a high-resistance bulk crystal of cadmium telluride (hereinafter referred to as CdTe) or zinc cadmium telluride (hereinafter referred to as CdZnTe), which is excellent as a radiation detection material, has been used. Yes. For this high-resistance bulk crystal of CdTe, it is difficult to obtain a large-area crystal having uniform and good electrical characteristics. Therefore, usually, a single element having a small volume, for example, about 1 × 1 × 1 mm 3 , or a few Ten small-scale array type radiation detectors have been put into practical use. However, even if such a bulk crystal is used, it has been technically problematic to realize a large-area radiation detector that can cover the entire chest of a human body, and has become very expensive. Further, in the case of a conventional radiation detector using a high-resistance bulk crystal of CdTe, conductive electrodes or Schottky electrodes are formed on the front and back surfaces of the crystal, and a high voltage of several hundred to 1000 v is applied between the electrodes, Carriers generated by radiation are extracted by an electric field and detected as an electrical signal. Therefore, in this type of radiation detector using a high-resistance bulk crystal of CdTe, there is little room for improving detection characteristics other than the resistance of the element.
これに対して、特許文献1に示すように、CdTe等の化合物半導体結晶と、InAs等の結晶性薄膜とのヘテロ接合を1つ有する半導体放射線検出器が知られている。しかし、この半導体放射線検出器の場合、化合物半導体結晶がキャリアを発生する活性領域(能動層)として利用され、結晶性薄膜層は化合物半導体結晶からのキャリアを金属電極へ効率よく注入させる機能を持つものである。従って、化合物半導体結晶としてCdTeのようなII−VI属の結晶とすると、上記のように大面積の結晶を得ることが非常に困難であり、半導体放射線検出器が非常に高価になるという問題がある。また、化合物半導体結晶としてCdTe,CdZnTe以外の結晶とすると、放射線検出特性が不十分になるという問題がある。
また、特許文献2に示すように、CdTe等の半絶縁性半導体結晶と、その一方にエピタキシャル成長したP型のP−HgCdTeと、その他方にエピタキシャル成長させたN型のN−HgCdTeとからなる放射線検出器が知られている。しかし、この半導体放射線検出器についても、特許文献1に記載の半導体放射線検出器と同様に、CdTe等の半絶縁性半導体結晶をキャリアを発生する活性領域として利用するものであるため、同様の問題がある。
本発明は、このような問題を解決しようとするもので、放射線検出性能が良好で、十分な強度を備えると共に大面積とすることが容易である半導体放射線検出器を安価に製造できる製造方法を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve such a problem, and provides a manufacturing method capable of manufacturing a semiconductor radiation detector with good radiation detection performance, sufficient strength and easy to make a large area at low cost. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために本発明の特徴は、Si基板の表面上にMOVPE法によりCdTeあるいはCdZnTe成長層を積層して形成し、成長層を入射放射線に対する能動層とする半導体放射線検出器の製造方法であって、Si基板が高温還元雰囲気中に置かれた状態で、GaAs粉末あるいはGaAs結晶を分解してSi基板上に砒素を付着させ、砒素の付着したSi基板上にCdTeあるいはCdZnTe成長層を積層形成することにある。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a semiconductor radiation detector is manufactured by forming a CdTe or CdZnTe growth layer on the surface of a Si substrate by MOVPE, and using the growth layer as an active layer for incident radiation. A method in which a GaAs powder is decomposed to deposit arsenic on a Si substrate while the Si substrate is placed in a high-temperature reducing atmosphere, and a CdTe or CdZnTe growth layer is deposited on the Si substrate on which arsenic is deposited. Are to be laminated.
本発明においては、Si基板を高温還元雰囲気中に置かれた状態で、GaAs粉末あるいはGaAs結晶を熱分解させてSi基板上に砒素を付着させることにより、4価ではなく2価の形で砒素を基板上に付着させることができる。その後、砒素の付着したSi基板上にMOVPE法によりCdTeあるいはCdZnTeを成長させたとき、2価の砒素を介してSi基板とCdTeあるいはCdZnTe成長層を強固な接着力で積層させることができる。そのため、本発明によれば、従来非常に困難であったMOVPE法によってSi基板上に、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつCdTe成長層を形成することが可能にされた。また、本発明においては、Si基板については大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にCdTeあるいはCdZnTe成長層をMOVPE法によって積層することにより、大面積でしかも十分な強度を備えた半導体放射線検出器が安価に得られる。 In the present invention, arsenic is divalent rather than tetravalent by thermally decomposing GaAs powder or GaAs crystal and placing arsenic on the Si substrate while the Si substrate is placed in a high temperature reducing atmosphere. Can be deposited on the substrate. Thereafter, when CdTe or CdZnTe is grown on the Si substrate to which arsenic is adhered by the MOVPE method, the Si substrate and the CdTe or CdZnTe growth layer can be laminated with a strong adhesive force through divalent arsenic. Therefore, according to the present invention, it has become possible to form a CdTe growth layer on a Si substrate while ensuring sufficient adhesive strength and good crystallinity by the MOVPE method, which has been very difficult in the past. In the present invention, since a Si substrate having a large area and a strong substrate can be obtained at low cost, a CdTe or CdZnTe growth layer is laminated on the surface of the Si substrate by the MOVPE method. The semiconductor radiation detector provided with can be obtained at low cost.
また、Si基板が低抵抗のN型であり、CdTeあるいはCdZnTe成長層が高抵抗のP型である場合について、上記製造方法により、CdTeあるいはCdZnTe成長層をSi基板上に強固な接着力で積層させることができ、大面積でしかも十分な強度を備えた半導体放射線検出器が安価に得られる。 When the Si substrate is a low resistance N-type and the CdTe or CdZnTe growth layer is a high resistance P-type, the CdTe or CdZnTe growth layer is laminated on the Si substrate with a strong adhesive force by the above manufacturing method. A semiconductor radiation detector having a large area and sufficient strength can be obtained at low cost.
また、低抵抗のN型のSi基板と、高抵抗のP型のCdTeあるいはCdZnTe成長層との間に、低抵抗のN型である厚さの薄いCdTeあるいはCdZnTe中間成長層を備えた構造についても、上記製造方法により、2価の砒素を介して低抵抗のN型の中間成長層をSi基板上に強固な接着力で積層させることができる。なお、中間成長層の厚さは、0.02〜0.05mm程度であり、以下同様である。これにより、本発明においては、十分な強度を有するSi基板表面上に、中間成長層を介して高抵抗のP型のCdTeあるいはCdZnTe成長層がMOVPE法によって積層されているため、良好な結晶性を有する成長層が得られ、そのため、この成長層によって良好な放射線検出性能が得られる。また、本発明においては、半導体放射線検出器に逆バイアスを印加することにより、放射線の入射によってP型の能動層で生じたキャリアをPN接合によって効率よく取り出すことができる。さらに、本発明においては、低抵抗の薄いN型の中間成長層を設けたことにより、PN接合におけるダメージの発生が中間成長層で抑えられてCdTeあるいはCdZnTe成長層の結晶性が良好に確保されるため、PN接合による能動層で発生したキャリアの収集効率が高められる。 Further, a structure having a low resistance N-type thin CdTe or CdZnTe intermediate growth layer between a low resistance N-type Si substrate and a high resistance P-type CdTe or CdZnTe growth layer. However, according to the manufacturing method described above, a low-resistance N-type intermediate growth layer can be stacked on the Si substrate with a strong adhesive force through divalent arsenic. Note that the thickness of the intermediate growth layer is about 0.02 to 0.05 mm, and so on. As a result, in the present invention, a high resistance P-type CdTe or CdZnTe growth layer is laminated on the Si substrate surface having sufficient strength via the intermediate growth layer by the MOVPE method. Therefore, a good radiation detection performance can be obtained by this growth layer. In the present invention, by applying a reverse bias to the semiconductor radiation detector, carriers generated in the P-type active layer due to the incidence of radiation can be efficiently extracted by the PN junction. Furthermore, in the present invention, by providing a thin N-type intermediate growth layer with low resistance, the occurrence of damage in the PN junction is suppressed in the intermediate growth layer, and the crystallinity of the CdTe or CdZnTe growth layer is ensured well. Therefore, the collection efficiency of carriers generated in the active layer by the PN junction is increased.
また、Si基板が低抵抗のP型であり、CdTeあるいはCdZnTe成長層がSi基板側の高抵抗のP型層と表面側の低抵抗のN型層を積層させた構造についても、上記製造方法により、CdTeあるいはCdZnTe成長層である高抵抗のP型層を低抵抗のP型のSi基板上に強固な接着力で積層させることができる。これにより、本発明においては、十分な強度を有するSi基板表面上に、高抵抗のP型と低抵抗のN型のCdTeあるいはCdZnTe成長層がMOVPE法によって積層されているため、良好な結晶性を有する成長層が得られ、この成長層によって良好な放射線検出性能が得られる。また、半導体放射線検出器に逆バイアスを印加することにより、放射線の入射によってP型の能動層で生じたキャリアを、低抵抗のN型層とのPN接合によって効率よく取り出すことができる。 The above manufacturing method also applies to a structure in which the Si substrate is a low-resistance P-type, and the CdTe or CdZnTe growth layer has a high-resistance P-type layer on the Si substrate side and a low-resistance N-type layer on the surface side laminated. Thus, a high-resistance P-type layer that is a CdTe or CdZnTe growth layer can be laminated on a low-resistance P-type Si substrate with a strong adhesive force. Thus, in the present invention, a high resistance P-type and a low resistance N-type CdTe or CdZnTe growth layer is laminated on the surface of a sufficiently strong Si substrate by the MOVPE method. And a good radiation detection performance can be obtained. Further, by applying a reverse bias to the semiconductor radiation detector, carriers generated in the P-type active layer due to the incidence of radiation can be efficiently extracted by a PN junction with the low-resistance N-type layer.
また、低抵抗のP型のSi基板と、高低抵抗のP型のCdTeあるいはCdZnTe成長層との間に、砒素を含む低抵抗のP型である厚みの薄いCdTeあるいはCdZnTe中間成長層を備えた構造についても、上記製造方法により、砒素を含む低抵抗のP型の成長層を低抵抗のP型のSi基板上に、強固な接着力で積層形成することができる。また、本発明によれば、Si基板との境界で発生する欠陥を厚みの薄いP型のCdTe成長層で抑えることができ、高抵抗のCdTe成長層の放射線特性を高めることができる。 Further, a thin CdTe or CdZnTe intermediate growth layer which is a low resistance P type containing arsenic is provided between a low resistance P type Si substrate and a high and low resistance P type CdTe or CdZnTe growth layer. With regard to the structure, a low-resistance P-type growth layer containing arsenic can be laminated on the low-resistance P-type Si substrate with a strong adhesive force by the above manufacturing method. Further, according to the present invention, defects generated at the boundary with the Si substrate can be suppressed by the thin P-type CdTe growth layer, and the radiation characteristics of the high-resistance CdTe growth layer can be enhanced.
上記N型層に代えて、ショットキー電極を設けた構造の半導体放射線検出器についても、上記製造方法により、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつCdTe成長層を形成することが可能にされた。これにより、ショットキー電極とP型層とのショットキー接合により、放射線の入射によってP型の能動層で生じたキャリアを効率よく取り出すことができる。 For a semiconductor radiation detector having a Schottky electrode instead of the N-type layer, a CdTe growth layer can be formed while ensuring sufficient adhesive strength and good crystallinity by the above manufacturing method. It was made. Thus, carriers generated in the P-type active layer by the incidence of radiation can be efficiently extracted by the Schottky junction between the Schottky electrode and the P-type layer.
また、成長層側からSi基板に達する溝を切断手段により設けて、二次元に配列された多数の単位素子に分離する半導体放射線検出器の製造方法についても、上記製造方法により、Si基板に対する十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつCdTe成長層を形成することが可能にされた。切断手段としては、レーザーカッティング、ドライエッチング、ダイシング等が用いられる。これにより、二次元配列された多数の単位素子からなる大面積の半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。 In addition, a semiconductor radiation detector manufacturing method in which a groove reaching the Si substrate from the growth layer side is provided by a cutting means and separated into a number of two-dimensionally arranged unit elements. It was possible to form a CdTe growth layer while ensuring good adhesive strength and good crystallinity. As the cutting means, laser cutting, dry etching, dicing or the like is used. Thereby, a semiconductor radiation detector having a large area composed of a large number of unit elements arranged two-dimensionally can be easily realized.
また、成長層側の表面に二次元に配列された多数の表面電極あるいはショットキー電極を設けると共に、表面電極あるいはショットキー電極の周囲を囲むガードリング電極を設けた半導体放射線検出器についても、上記製造方法により、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつCdTe成長層を形成することが可能にされた。これにより、半導体放射線検出器の表面側を切断手段で溝を設けて素子間を分離しなくても、二次元配列された多数の素子からなる大面積の半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。 In addition, a semiconductor radiation detector provided with a number of surface electrodes or Schottky electrodes arranged two-dimensionally on the surface on the growth layer side and with a guard ring electrode surrounding the surface electrode or Schottky electrode is also described above. The production method made it possible to form a CdTe growth layer while ensuring sufficient adhesive strength and good crystallinity. As a result, a semiconductor radiation detector having a large area composed of a large number of two-dimensionally arranged elements can be easily realized without providing a groove on the surface side of the semiconductor radiation detector with a cutting means to separate the elements. Can do.
また、表面側の低抵抗成長層が多数の小領域に分離されて二次元に配列されており、該小領域あるいはショットキー電極である小領域について、所定位置の主小領域と、主小領域を囲む複数の周辺小領域との間に高電圧が印加されるように構成にされた半導体放射線検出器についても、上記製造方法により、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつCdTe成長層を形成することが可能にされた。これにより、半導体放射線検出器の表面側を切断手段で溝を設けて素子間を分離しなくても、表面側のみでの電極処理により、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。 Further, the low resistance growth layer on the surface side is divided into a plurality of small regions and arranged two-dimensionally, and the small region or the small region that is a Schottky electrode has a main small region at a predetermined position and a main small region. A semiconductor radiation detector configured to apply a high voltage to a plurality of peripheral small regions surrounding the CdTe growth by the above manufacturing method while ensuring sufficient adhesive strength and good crystallinity. It was possible to form a layer. Thereby, even if it does not provide a groove on the surface side of the semiconductor radiation detector with a cutting means to separate the elements, the semiconductor radiation detector is composed of a number of elements arranged two-dimensionally by electrode processing only on the surface side. Can be realized easily.
本発明においては、Si基板表面上にGaAs粉末あるいはGaAs結晶を熱分解させて2価の砒素を付着させることにより、Si基板上にCdTeあるいはCdZnTe成長層をMOVPE法によって強固に積層させることができる。そのため、本発明によれば、従来非常に困難であったMOVPE法によってSi基板上に、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつCdTe成長層を形成することが可能になった。また、Si基板は、大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にCdTeあるいはCdZnTe成長層をMOVPE法によって積層することにより、大面積で強固な半導体放射線検出器が安価に得られる。 In the present invention, a CdTe or CdZnTe growth layer can be firmly laminated on the Si substrate by the MOVPE method by thermally decomposing GaAs powder or GaAs crystal on the Si substrate surface to adhere divalent arsenic. . Therefore, according to the present invention, it has become possible to form a CdTe growth layer on a Si substrate while ensuring sufficient adhesive strength and good crystallinity by the MOVPE method, which has been very difficult in the past. In addition, since a Si substrate having a large area and a strong substrate can be obtained at low cost, a large area and strong semiconductor radiation detector can be inexpensively formed by laminating a CdTe or CdZnTe growth layer on the surface thereof by the MOVPE method. can get.
以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する。図1は、第1実施例に係る低抵抗N型シリコン基板11(以下、Si基板と記す)の表面上にMOVPE法により積層形成された高抵抗P型のCdTe成長層13とを備えた半導体放射線検出器10を斜視図により示したものである。図2−1〜5は、半導体放射線検出器の製造工程を断面図により概略的に示したものである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a semiconductor including a high-resistance P-type
半導体放射線検出器10は、低抵抗のN型のSi基板11と、Si基板11上に形成された砒素被覆層12と、その上にMOVPE法により積層形成された高抵抗P型のCdTe成長層13とを設けており、CdTe成長層13表面からSi基板11に達する分離溝15により二次元配列された多数のヘテロ接合構造の平面素子に分離されており、表面側の電極16と基板裏面側の共通電極17が設けられている。半導体放射線検出器10は、図2−5に示すように、表面側電極16にて例えば制御用のLSIが搭載された半導体回路基板19に接続されるようになっている。以下、半導体放射線検出器10の製造工程を、図2−1〜5に基づいて説明する。
The
Si基板11は、CdTe成長層13とのマッチングにおいて、結晶面の方向が重要であり、結晶面(211)が最も好ましく、結晶面(100)も良好である。ただし、その他の結晶面についても使用可能である。Si基板11については、12インチ程度の大径が可能であり、又強度が十分でありハンドリングも容易である。そのため、Si基板11を用いることにより、非常に大面積の半導体放射線検出器の製造が可能になる。このSi基板11が、900〜1000°Cの水素還元雰囲気中で熱処理され、表面が清浄にされる。このSi基板11に、ガリウム砒素粉末(以下、GaAsと記す)あるいはGaAs結晶を700〜900°Cの雰囲気中で熱分解させて、砒素分子を1分子層程度被覆して砒素被覆層12を形成する(図2−1参照)。
In the
つぎに、砒素被覆層12の形成されたSi基板11に、450〜500°C程度の雰囲気中で、MOVPE法により高抵抗のP型のCdTe成長層13が0.2〜0.5mm程度の膜厚で形成される(図2−2参照)。カドミウムの原料としては、例えばジメチルカドミウムが用いられ、テルルの原料としては、例えばジエチルテルルが用いられる。また、P型のドーパントとしては、例えばターシャルブチルアルシンが用いられる。このように形成されたCdTe成長層13は、Si基板11上に2価の砒素被覆層12が形成されていることにより、Si基板11に緊密に接着して能動層として形成される。
Next, on the
つぎに、CdTe成長層13表面に、二次元配列された多数の1mm□程度の小面積の単位素子を設けるための表面側の電極16が、スパッタリング法とリソグラフィ法により形成される。また、Si基板11裏面側には共通電極17がスパッタリング法等により形成される(図2−3参照)。電極材料としては、Au、Sb−Au、In―Au、W−Au、Ti−Pt−Au等が用いられる。さらに、CdTe成長層13表面側から、電極16の間に沿ってSi基板11内まで延びた分離溝15がレーザ切断法により形成される(図2−4参照)。これにより、多数の単位素子に分離されて二次元に配列された半導体放射線検出器10が得られる。この半導体放射線検出器10は、電極16によって、例えば電極配線基板である一部に信号処理用LSIの形成された半導体回路基板19に接着される(図2−5参照)。
Next, on the surface of the
以上に説明したように、上記第1実施例においては、半導体放射線検出器10は、十分な強度のSi基板11表面上に、CdTe成長層13がMOVPE法によって積層されているため、良好な結晶性を有する成長層が得られている。そのため、この成長層によって良好な放射線検出性能が獲得される。さらに、第1実施例においては、Si基板11を高温還元雰囲気中に置かれた状態で、GaAs粉末あるいは結晶を分解させてSi基板11上に砒素を付着させることにより、4価ではなく2価の形で砒素被覆層12を設けることができる。そのため、砒素の付着したSi基板11上にMOVPE法によりCdTeを成長させたとき、2価の砒素からなる砒素被覆層12を介してSi基板11にCdTe成長層13を強固な接着力で積層させることができる。その結果、本実施例においては、従来非常に困難であったMOVPE法によるSi基板11上へのCdTe成長層13の形成を、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつ安定した方法で達成することができた。
As described above, in the first embodiment, the
また、Si基板11は、大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にCdTeあるいはCdZnTe成長層をMOVPE法によって積層することにより、大面積で十分な強度を有する半導体放射線検出器が安価に得られる。また、この半導体放射線検出器10に、成長層側からSi基板11に達する溝15をレーザーカッティング法によって設けることにより、多数の単位素子に分離された二次元配列で大面積の半導体放射線検出器が簡易かつ安価に提供された。
In addition, since a
つぎに、上記第1実施例の変形例について説明する。
変形例の半導体放射線検出器10Aは、図3に示すように、低抵抗のN型のSi基板11上に、上記砒素被覆層12を設けた後、低抵抗のN型であるCdTe中間成長層14を設け、さらに高抵抗のP型のCdTe成長層13を設けたものである。N型であるCdTe中間成長層14も、上記P型のCdTe成長層13と同様にMOVPE法により、ドーパントを沃素に代えて形成することができる。N型であるCdTe中間成長層14の厚さは、0.02〜0.05mm程度の薄い層となっており、P型のCdTe成長層13は、第1実施例と同様である。このように、変形例によれば、低抵抗の薄いN型の中間成長層14を設けたことにより、PN接合におけるダメージの発生が中間成長層14で抑えられてCdTe成長層13の結晶性が良好に確保されるため、PN接合によるCdTe成長層13で発生したキャリアの収集効率が高められる。
Next, a modification of the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 3, the
つぎに、第2実施例について説明する。
第2実施例の半導体放射線検出器20は、図4に示すように、低抵抗のP型のSi基板21上に、上記砒素被覆層12を設けた後、高抵抗のP型であるCdTe成長層22を設け、さらに低抵抗のN型のCdTe成長層23を設けたものである。CdTe成長層23については上記のようにドーパントを沃素に代えることによりMOVPE法によって形成される。P型のCdTe成長層22については、上記CdTe成長層13と同等の厚さである。N型のCdTe成長層23の厚さは、0.02〜0.05mm程度の薄い層となっている。
Next, a second embodiment will be described.
As shown in FIG. 4, in the
本実施例によれば、上記第1実施例の作用効果に加えて、半導体放射線検出器20に逆バイアスを印加することにより、放射線の入射によってP型のCdTe成長層22を能動層として生じたキャリアを、低抵抗のN型の成長層23とのPN接合によって効率よく取り出すことができる。また、第2実施例においても、第1実施例と同様に、大面積で十分な強度を有する半導体放射線検出器が安価に得られる等の効果が得られる。
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, a reverse bias is applied to the
つぎに、上記第2実施例の変形例1について説明する。
変形例1の半導体放射線検出器20Aは、図5に示すように、低抵抗のP型のSi基板21上に、上記砒素被覆層12を設けた後、低抵抗のP型であるCdTe成長層24を設け、さらに高抵抗のP型のCdTe成長層22を設け、その上に低抵抗のN型であるCdTe成長層23を重ねたものである。CdTe成長層23,24についてはいずれも上記のようにドーパントを沃素と砒素に代えることによりMOVPE法によって形成される。P型のCdTe成長層22及びN型のCdTe成長層23については、第2実施例のCdTe成長層22,23と同等の厚さである。P型のCdTe成長層24の厚さは、0.02〜0.05mm程度の薄膜となっている。これにより、変形例1においては、第2実施例の効果に加えて、Si基板21との境界で発生する欠陥を厚みの薄いP型のCdTe成長層24で抑えることができ、高抵抗のCdTe成長層22の耐放射線特性を高めることができる。
Next, Modification 1 of the second embodiment will be described.
As shown in FIG. 5, in the
つぎに、上記第2実施例の変形例2について説明する。
変形例2の半導体放射線検出器20Bは、図6に示すように、第2実施例の半導体放射線検出器20において低抵抗のN型のCdTe成長層23に代えて、ショットキー電極26を設けたものである。ショットキー電極26の材料としては、例えば金単体が用いられる。これにより、第2実施例のPN接合と同様に、ショットキー電極26とCdTe成長層22とのショットキー接合により、放射線の入射によって能動層であるCdTe成長層22で生じたキャリアを効率よく取り出すことができる。また、変形例1の半導体放射線検出器20Aにおいて、低抵抗のN型のCdTe成長層23に代えて、ショットキー電極を設けても同様の効果が得られる。
Next, a second modification of the second embodiment will be described.
As shown in FIG. 6, the
つぎに、第3実施例について説明する。
第3実施例の半導体放射線検出器31は、図7に示すように、半導体放射線検出器の表面側に二次元配列された多数の表面電極32aを設けると共に、表面電極32aの周囲を囲むガードリング電極32bを設けたものである。すなわち、上記第1実施例に示した、CdTe成長層13表面側にSi基板11内まで延びた分離溝15を設ける代わりに、ガードリング電極32bにより、多数の単位素子に分離された半導体放射線検出器31を得るようにしたものである。これにより、半導体放射線検出器31の表面側を溝を設ける手間が省かれるため、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器が、安価に提供される。
Next, a third embodiment will be described.
As shown in FIG. 7, the
つぎに、第4実施例について説明する。
第4実施例の半導体放射線検出器34は、図8に示すように、高抵抗のSi基板35上に高抵抗のCdTe成長層36が形成され、成長層36表面に二次元配列された多数のショットキー電極37が設けられている。電極37については、所定位置の主電極37aと、主電極を囲む周辺電極37bに区分されている。そして、主電極37aと周辺電極37bとの間に高電圧源38の電圧が印加されることにより、成長層36で発生したキャリアの処理が、半導体放射線検出器34の表面側でのみ行われるようになっている。これにより、第4実施例においては、半導体放射線検出器34の表面側にレーザーカッティング法等で溝を設けて素子間を分離しなくても、表面側のみでの電極処理により、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。
Next, a fourth embodiment will be described.
In the
なお、上記各実施例及び変形例において、MOPVE法によるCdTe成長層が用いられているが、これに代えてCdZnTe成長層を用いることもできる。その他、上記実施例に示した半導体放射線検出器については、一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変更実施することが可能である。 In each of the above embodiments and modifications, a CdTe growth layer by the MOVPE method is used, but a CdZnTe growth layer can be used instead. In addition, the semiconductor radiation detectors shown in the above embodiments are merely examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本発明の半導体放射線検出器は、Si基板表面上にGaAs粉末あるいはGaAs結晶を熱分解させて2価の砒素を付着させることにより、従来困難であったSi基板上にCdTeあるいはCdZnTe成長層をMOVPE法によって強固に積層させることができる。さらに、Si基板は、大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にCdTeあるいはCdZnTe成長層をMOVPE法によって積層することにより、大面積で強固な半導体放射線検出器が安価に得られる。そのため、本発明は有用である。 In the semiconductor radiation detector of the present invention, a GaAs powder or a GaAs crystal is thermally decomposed on the Si substrate surface to deposit divalent arsenic, thereby forming a CdTe or CdZnTe growth layer on the Si substrate which has been difficult in the past. It can be firmly laminated by the method. In addition, since a Si substrate having a large area and a strong substrate can be obtained at low cost, a large area and strong semiconductor radiation detector can be obtained at low cost by laminating a CdTe or CdZnTe growth layer on its surface by the MOVPE method. can get. Therefore, the present invention is useful.
10,10A,20,20A,20B,31,34…半導体放射線検出器、11,21…Si基板、12…砒素被覆層、13,22,23,24…CdTe成長層、14…CdTe中間成長層、15…分離溝、26,37…ショットキー電極、32a…表面電極、32b…ガードリング電極。 10, 10A, 20, 20A, 20B, 31, 34 ... semiconductor radiation detector, 11, 21 ... Si substrate, 12 ... arsenic coating layer, 13, 22, 23, 24 ... CdTe growth layer, 14 ... CdTe intermediate growth layer , 15 ... separation grooves, 26 and 37 ... Schottky electrodes, 32a ... surface electrodes, 32b ... guard ring electrodes.
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